NO335705B1

NO335705B1 - Hydraulic cylinder assembly for a coupling assembly on a subsea wellhead

Info

Publication number: NO335705B1
Application number: NO20121057A
Authority: NO
Inventors: Knut Møgedal
Original assignee: Aker Subsea As
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2015-01-26
Also published as: NO20121057A1; WO2014035256A1

Description

Hydraulisk sylinderanordning Hydraulic cylinder device

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en hydraulisk sylinderanordning konstruert for å bevirke at to konstruksjonsdeler skal være i stand til å bevege seg mot og bort fra hverandre, slik som å låse og lås opp en undervanns konnektor, lik en EDP konnektor, ved å aktivisere en låseinnretning, hvilken hydraulisk sylinderanordning innbefatter en stempelstang designet til å bli festet til en av konstruksjonsdelene, og en sylinderdel konstruert til å bli festet til den andre konstruksjonsdel, der aktiviseringen finner sted ved å levere hydraulisk fluid til vekslende kamre via respektive innløp og utløp. The present invention relates to a hydraulic cylinder device designed to cause two structural parts to be able to move towards and away from each other, such as locking and unlocking an underwater connector, similar to an EDP connector, by activating a locking device, which hydraulic cylinder device includes a piston rod designed to be attached to one of the structural members, and a cylinder member designed to be attached to the other structural member, wherein actuation takes place by supplying hydraulic fluid to alternating chambers via respective inlets and outlets.

Selv om den foreliggende hydrauliske sylinderanordning er utviklet i forbindelse med en koplingsenhet tilrettelagt for oppkopling av to sirkulære eller rørformede elementer, der koplingen oppviser en forutbestemt forspenning, er andre anvendelser tenkelige. I dette bestemte eksempel er koplingsenheten en nødfrakoplingspakke (EDP) som ligger mellom komponenter i forbindelse med en undervannsbrønn, slik som mellom en nedre del av et stigerør og en øvre del av en nedre stigerørspakke (LPR). Det gis henvisning til NO 2011 0380 (PCT/EP/2012/001045) for en slik EDP og LRP. Although the present hydraulic cylinder device has been developed in connection with a coupling unit arranged for coupling two circular or tubular elements, where the coupling exhibits a predetermined bias, other applications are conceivable. In this particular example, the coupling device is an emergency disconnect package (EDP) located between components associated with a subsea well, such as between a lower portion of a riser and an upper portion of a lower riser package (LPR). Reference is made to NO 2011 0380 (PCT/EP/2012/001045) for such an EDP and LRP.

Problemet som den foreliggende oppfinnelse skal løse er hvordan være i stand til å opprettholde at tetningsflater på en neddykket hydraulisk sylinder holdes ute av kontakt med sjøvann over lengre tidsperioder, dvs mange måneder og til og med år. Det er av vesentlig betydning å opprettholde tetningsflatene på en slik hydraulisk sylinder beskyttet fra sjøvannet og dermed fra korrosjon og/eller marin begroning. The problem which the present invention is to solve is how to be able to maintain that the sealing surfaces of a submerged hydraulic cylinder are kept out of contact with seawater over longer periods of time, i.e. many months and even years. It is of essential importance to maintain the sealing surfaces of such a hydraulic cylinder protected from seawater and thus from corrosion and/or marine fouling.

Et annet formål med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en hydraulisk sylinderløsning hvor det trykkpådratte areal benyttet til å trekke ut sylinderen er større enn den benyttet til å kjøre ut sylinderen, og dermed sikre en større (lik omkring 25 %) opplåsningskraft enn låsekraftfor å hindre konnektoren i å bli satt fast låst stilling. Another purpose of the present invention is to provide a hydraulic cylinder solution where the pressurized area used to extract the cylinder is larger than that used to drive the cylinder out, thus ensuring a greater (equal to about 25%) unlocking force than locking force in order to prevent the connector from being fixed in the locked position.

Dette blir løst i samsvar med den foreliggende oppfinnelse med en hydraulisk sylinderanordning av den innledningsvis nevnte art, hvilken anordning er kjennetegnet ved at stempelstangen innbefatter en plungerinnretning som delvis omskriver stempelstangen som danner et ringrom derimellom og et ringformet stempel som utvendig omskriver plungerinnretningen, der sylinderdelen innbefatter en øvre stempelstangpakkboks som innvendig tetter mot plungerinnretningen, en hylseinnretning opptatt i ringrommet og som utvendig tetter mot plungerinnretningen og sylinderanordningen tetter innvendig mot det ringformede stempel. This is solved in accordance with the present invention with a hydraulic cylinder device of the type mentioned at the outset, which device is characterized in that the piston rod includes a plunger device that partially surrounds the piston rod forming an annular space between it and an annular piston that externally circumscribes the plunger device, where the cylinder part includes an upper piston rod packing box which internally seals against the plunger device, a sleeve device received in the annular space and which externally seals against the plunger device and the cylinder device seals internally against the annular piston.

I en utførelse kan et avstandsstykke være satt på toppen av det ringformede stempel. In one embodiment, a spacer may be placed on top of the annular piston.

Hensiktsmessig befinner et hydraulisk fluidinnløp/utløp seg helt i bunnen av sylinderanordningen. Appropriately, a hydraulic fluid inlet/outlet is located at the very bottom of the cylinder device.

Hensiktsmessig befinner også et hydraulisk fluidinnløp/utløp seg i toppen av sylinderanordningen, like under stempelstangpakkboksen. Appropriately, a hydraulic fluid inlet/outlet is also located at the top of the cylinder arrangement, just below the piston rod packing box.

Med fordel forløper stempelstangen gjennom en festemutter. Advantageously, the piston rod extends through a fastening nut.

Med fordel er ringrommet mellom plungerinnretningen og stempelstangen konstruert til å bli oversvømmet med sjøvann. Advantageously, the annulus between the plunger device and the piston rod is designed to be flooded with seawater.

I en foretrukket utførelse er trykkarealet på undersiden av det ringformede stempel vesentlig større enn trykkarealet som virker på toppen av det ringformede stempel. In a preferred embodiment, the pressure area on the underside of the annular piston is substantially larger than the pressure area acting on the top of the annular piston.

Utførelseseksempel Execution example

Mens ulike sider ved den foreliggende oppfinnelse har blitt beskrevet i generelle termer ovenfor, vil et mer detaljert og ikke-begrensende eksempel på en utførelse bli beskrevet i det etterfølgende med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et skjematisk riss av en undervanns konnektorenhet, inn i hvilken i det minste en hydraulisk sylinderanordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelse kan bli installert; Fig. 2 viser et tverrsnittsriss av en øvre del av konnektorenheten; Fig. 3 viser et forstørret tverrsnittsriss av en del av en slik konnektor; Fig. 4 viser et tverrsnittsriss av konnektoren nedsatt på en rørstuss; Fig. 5 viser en konnektor i likhet med konnektoren ifølge fig. 4, men ytterligere detaljert; og Fig. 6A og 6B viser et lengdesnitt gjennom den komplette hydrauliske sylinderanordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelse i aktivisert og frigjort tilstand. While various aspects of the present invention have been described in general terms above, a more detailed and non-limiting example of an embodiment will be described hereinafter with reference to the drawings, in which: Fig. 1 shows a schematic view of an underwater connector assembly , into which at least one hydraulic cylinder device according to the present invention can be installed; Fig. 2 shows a cross-sectional view of an upper part of the connector unit; Fig. 3 shows an enlarged cross-sectional view of part of such a connector; Fig. 4 shows a cross-sectional view of the connector reduced to a pipe spigot; Fig. 5 shows a connector similar to the connector according to fig. 4, but further detailed; and Figs. 6A and 6B show a longitudinal section through the complete hydraulic cylinder device in accordance with the present invention in an activated and released state.

En mulig anvendelse av den hydrauliske sylinderanordning i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er, som nevnt, på en undervannskonnektor, som er beskrevet her som et eksempel på en type anvendelse av den hydrauliske sylinderanordning ifølge oppfinnelsen. Med slik anvendelse, ville med fordel to eller flere, hydrauliske sylinderanordninger ha blitt installert i noe avstand fra hverandre. A possible application of the hydraulic cylinder device in accordance with the present invention is, as mentioned, on an underwater connector, which is described here as an example of one type of application of the hydraulic cylinder device according to the invention. With such an application, two or more hydraulic cylinder devices would advantageously have been installed at some distance from each other.

En slik undervannskonnektor kan være i form av en nødfrakoplingspakke (EDP) anordnet på den nedre enden av et stigerør og som foretar forbindelse mellom stigerøret og en nedre stigerørspakke (LRP). Fig. 1 viser et skjematisk riss av et slikt oppsett. Et brønnhode 3A forløper opp fra sjøbunnen 1A og er forbundet til et ventiltre 5A. På toppen av ventiltreet 5A er det anordnet en nedre stigerørspakke 7A og til den nedre stigerørspakke 7A er det forbundet et stigerør 9A som forløper opp til et overflatefartøy (ikke vist). En EDP 11A foretar oppkopling mellom stigerøret 9A og den nedre stigerørspakke 7A (LRP). Such an underwater connector may be in the form of an emergency disconnect package (EDP) arranged on the lower end of a riser and which makes a connection between the riser and a lower riser package (LRP). Fig. 1 shows a schematic diagram of such a set-up. A wellhead 3A extends up from the seabed 1A and is connected to a valve tree 5A. On top of the valve tree 5A, a lower riser package 7A is arranged and to the lower riser package 7A is connected a riser 9A which extends up to a surface vessel (not shown). An EDP 11A connects the riser 9A and the lower riser package 7A (LRP).

I oppsettet i figur 1 er kun en blant et antall mulige anvendelser av en hydraulisk sylinderanordning ifølge oppfinnelsen vist. Dermed kan en slik hydraulisk sylinder benyttes i mange forskjellige applikasjoner, som vil fremstå for fagmannen. In the layout in Figure 1, only one of a number of possible applications of a hydraulic cylinder device according to the invention is shown. Thus, such a hydraulic cylinder can be used in many different applications, which will be apparent to the person skilled in the art.

Fig. 2 viser en konnektor 100. Konnektoren 100 kunne for eksempel bli brukt som EDP 11A vist med henvisning til fig. 1. Uansett hva dens bestemte anvendelse måtte være, vil funksjonen og komponentene til konnektoren 100 bli beskrevet i det etterfølgende. Konnektoren 100 haren hoveddel 101 som i sin øvre ende er tilrettelagt for å bli koplet til en nedre ende av en stigerørseksjon (ikke vist), eller annet utstyr, ved hjelp av et antall bolter 103. I det nedre parti av hoveddelen 101 forløper et spor 105 omkring dens periferi. Sporet 105 er tilpasset til å motta de øvre deler av et antall kravefingre 107.1 denne utførelsen er det anordnet 12 kravefingre 107 omkring den nedre omkrets av hoveddelen 101. Kravefingrene 107 oppviser et låseprofil 109 i deres nedre del. Låseprofilene 109 vender radialt innad og er tilpasset til å gripe med en motvendende profil på en rørstuss til hvilken konnektoren 100 vil forbinde. Dette vil bli beskrevet videre nedenfor. Fig. 2 shows a connector 100. The connector 100 could for example be used as EDP 11A shown with reference to fig. 1. Whatever its particular application may be, the function and components of the connector 100 will be described hereinafter. The connector 100 has a main part 101 which, at its upper end, is arranged to be connected to a lower end of a riser section (not shown), or other equipment, by means of a number of bolts 103. In the lower part of the main part 101, a track runs 105 around its periphery. The groove 105 is adapted to receive the upper parts of a number of collar fingers 107. In this embodiment, 12 collar fingers 107 are arranged around the lower circumference of the main part 101. The collar fingers 107 have a locking profile 109 in their lower part. The locking profiles 109 face radially inwards and are adapted to engage with an opposing profile on a pipe socket to which the connector 100 will connect. This will be described further below.

Mellom kravefingrene 107 er føringsplater 111 anordnet, hvilke plater 111 bidrar til å holde kravefingrene 107 på plass og lede dem når de beveger seg radialt. Som det vil fremgå av beskrivelsen lenger ned, er kravefingrene 107 arrangert til å svinge omkring deres inngrepseksjon med sporet 105 i hoveddelen101. I fig. 2 er kravefingrene 107 vist i en posisjon hvor deres nedre del er svingt radialt utad. Between the collar fingers 107, guide plates 111 are arranged, which plates 111 help to keep the collar fingers 107 in place and guide them when they move radially. As will be apparent from the description below, the collar fingers 107 are arranged to pivot about their engaging section with the groove 105 in the main part 101. In fig. 2, the collar fingers 107 are shown in a position where their lower part is swung radially outwards.

For å svinge kravefingrene 107 radialt innad og utad er det anordnet en aktiviseringshylse 113. Aktiviseringshylsen 113 er tilpasset til å bli beveget oppad og nedad som derved svinger kravefingrene 107, særlig låseprofilet 109 på kravefingrene 107, utover og innover. In order to swing the collar fingers 107 radially inwards and outwards, an activation sleeve 113 is arranged. The activation sleeve 113 is adapted to be moved upwards and downwards, which thereby swings the collar fingers 107, in particular the locking profile 109 on the collar fingers 107, outwards and inwards.

I fig. 2 og fig. 3 er aktiviseringshylsen 113 vist i en øvre stilling. I denne stilling kontakter en opplåsningsskulder 113a (Fig. 3) en opplåsningsskulder 107a på kravefingeren 107, som derved tilveiebringer en utad svingende bevegelse av kravefingeren 107, omkring dens inngrep med sporet 105 i hoveddelen 101. Fig. 4 viser et tverrsnittsriss av konnektoren 100, langs et annet plan enn vist i fig. 2 og fig. 3.1 denne tegning er konnektoren 100 vist nedsatt på en landingsflate 203 på en koplingsdel, imidlertid fortsatt ikke koplet til den. Her er koplingsdelen i form av en rørstuss (hub) 201. Her kan man se hvordan aktiviseringshylsen 113 har svingt ut kravefingrene 107. Man kan også se hele tverrsnittsprofilet til kravefingrene 107, uten ledeplatene 111 i forkant. Rørstussen 201 omfatter låseprofiler 209 som forløper omkring dens øvre periferi, tilpasset til å gripe med låseprofilene 109 på kravefingrene 107. In fig. 2 and fig. 3, the activation sleeve 113 is shown in an upper position. In this position, an unlocking shoulder 113a (Fig. 3) contacts an unlocking shoulder 107a on the collar finger 107, which thereby provides an outward swinging movement of the collar finger 107, around its engagement with the groove 105 in the main part 101. Fig. 4 shows a cross-sectional view of the connector 100, along a different plane than shown in fig. 2 and fig. 3.1 this drawing, the connector 100 is shown reduced on a landing surface 203 on a connecting part, however still not connected to it. Here, the connecting part is in the form of a pipe connection (hub) 201. Here you can see how the activation sleeve 113 has swung out the collar fingers 107. You can also see the entire cross-sectional profile of the collar fingers 107, without the guide plates 111 at the front. The pipe spigot 201 comprises locking profiles 209 which extend around its upper periphery, adapted to engage with the locking profiles 109 on the collar fingers 107.

Aktiviseringshylsen 113 omfatter en skrå aktiviseringsflate 113b som er tilpasset til å skli mot en motvendende og skrå aktiviseringsflate 107b på kravefingeren 107. Disse skråflater 113b, 107b tilveiebringer den innad svingende bevegelse av kravefingeren 107 når aktiviseringshylsen 113 beveges nedover. Kravefingeren 107 og aktiviseringshylsen 113 har også vertikale flater som vender mot hverandre når de er i en låst stilling. The activation sleeve 113 comprises an inclined activation surface 113b which is adapted to slide against an opposite and inclined activation surface 107b on the collar finger 107. These inclined surfaces 113b, 107b provide the inward swinging movement of the collar finger 107 when the activation sleeve 113 is moved downwards. The collar finger 107 and the activation sleeve 113 also have vertical surfaces that face each other when in a locked position.

Fig. 5 viser i hovedsak det samme som fig. 4, men nå er den hydrauliske sylinderanordning 115 og konnektorenheten 100 mer detaljert. Fig. 5 viser de hydrauliske sylinderanordninger 115 i snittriss. Også en tetning 5 og en tetningsholderinnretning 10 er installert. Tetningsholderinnretningen 10 er installert i en boring 6 boret inn i konnektorens 100 hoveddel 101. Videre, innbefatter hovedkonstruksjonsdelen 101 en passasje 9 som fører inn i boringen 6 for å kunne levere hydraulisk trykk inn i boringen 6 for å muliggjøre aktivisering av tetningsholderinnretningen. Dette er ytterligere detaljert i en samtidig innlevert patentsøknad.' Fig. 5 shows essentially the same as fig. 4, but now the hydraulic cylinder assembly 115 and the connector assembly 100 are more detailed. Fig. 5 shows the hydraulic cylinder devices 115 in section. Also a seal 5 and a seal holder device 10 are installed. The seal holder device 10 is installed in a bore 6 drilled into the main body 101 of the connector 100. Furthermore, the main structural part 101 includes a passage 9 leading into the bore 6 to be able to deliver hydraulic pressure into the bore 6 to enable activation of the seal holder device. This is further detailed in a simultaneously filed patent application.'

I fig. 6A og 6B er en isolert undervanns hydraulisk sylinderanordning 115 vist i aktivisert og frigjort tilstand, respektivt. Disse hydrauliske sylindere 115 er In fig. 6A and 6B, an isolated underwater hydraulic cylinder assembly 115 is shown in an activated and disengaged state, respectively. These hydraulic cylinders 115 are

designet til "å få to konstruksjonsdeler til å være i stand til å bevege seg mot og bort fra hverandre. I det foreliggende tilfellet, betyr dette å være i stand til å låse og låse opp en undervannskonnektor, lik en EDP konnektor, ved å aktivisere en låseinnretning. designed to "make two structural parts able to move towards and away from each other. In the present case, this means being able to lock and unlock an underwater connector, similar to an EDP connector, by activating a locking device.

Hver hydrauliske sylinderanordning innbefatter en stempelstang 6 konstruert for å bli festet til en av konstruksjonsdelene, og en sylinderdel 1 konstruert eller designet for å bli festet til den andre konstruksjonsdel. Selve aktiviseringen finner sted ved å levere hydraulisk fluid til vekslende kamre Ci, C2inne i de hydrauliske sylindrene via respektive innløp og utløp \-\, I2. Each hydraulic cylinder device includes a piston rod 6 constructed to be attached to one of the structural parts, and a cylinder part 1 constructed or designed to be attached to the other structural part. The activation itself takes place by supplying hydraulic fluid to alternating chambers Ci, C2 inside the hydraulic cylinders via respective inlets and outlets \-\, I2.

Hver stempelstang 6 innbefatter en plungerinnretning 3 som delvis omskriver stempelstangen 6 og dermed danner et ringrom A mellom stempelstangen 6 og plungerinnretningen 3. Et ringformet stempel 5 omslutter utvendig plungerinnretningen 3. Sylinderdelen 1 innbefatter en øvre stempelstangpakkboks 2 som innvendig tetter mot plungerinnretningen 3. Videre er en hylseinnretning 4 opptatt i ringrommet og tetter utvendig mot plungerinnretningen 3 og sylinderanordningen 1 tetter innvendig mot det ringformede stempel 5. Each piston rod 6 includes a plunger device 3 which partially surrounds the piston rod 6 and thus forms an annular space A between the piston rod 6 and the plunger device 3. An annular piston 5 surrounds the outside of the plunger device 3. The cylinder part 1 includes an upper piston rod packing box 2 which internally seals against the plunger device 3. a sleeve device 4 accommodated in the annular space and seals externally against the plunger device 3 and the cylinder device 1 seals internally against the annular piston 5.

Videre er et avstandsstykke 8 satt på toppen av det ringformede stempel 5. Ett eller flere hydrauliske fluidinnløp/utløp l2befinner seg helt i bunnen av Furthermore, a spacer 8 is placed on top of the annular piston 5. One or more hydraulic fluid inlets/outlets l2 are at the very bottom of

sylinderanordningen 1. Ett eller flere hydrauliske fluidinnløp/utløp h befinner seg i toppen av sylinderanordningen 1, like under stempelstangpakkboksen 2, også. the cylinder device 1. One or more hydraulic fluid inlets/outlets h are located at the top of the cylinder device 1, just below the piston rod packing box 2, too.

Stempelstangen 6 forløper gjennom en festemutter 7 for å feste den hydrauliske sylinderanordning 115 til konnektorkonstruksjonen. The piston rod 6 extends through a fastening nut 7 to fasten the hydraulic cylinder device 115 to the connector structure.

Det skal videre bemerkes at ringrommet A mellom plungerinnretningen 3 og stempelstangen 6 er designet eller konstruert for å bli oversvømmet med sjøvann. It should further be noted that the annulus A between the plunger device 3 and the piston rod 6 is designed or constructed to be flooded with seawater.

Det skal videre bemerkes at trykkarealet på den undersiden av det ringformede stempel 5 er vesentlig større enn trykkarealet som virker på toppen av det ringformede stempel 5, i en utførelse omkring 25 %. It should also be noted that the pressure area on the underside of the annular piston 5 is significantly larger than the pressure area acting on the top of the annular piston 5, in one embodiment around 25%.

Den foreliggende sylinderanordning 115 er primært konstruert for å kunne være i stand til å låse og låse opp en undervannskonnektor, slik som den nevnte EDP konnektor, ved å aktivisere en låseanordning; typisk en låsehylse festet til stempelstangen. I sin utkjørte stilling, stillingen som konnektoren vil være låst i, vil alle tetningsflater være beskyttet mot sjøvann og dermed fra korrosjon og marin vekst eller begroning. Det trykksatte areal brukt til å trekke tilbake sylinderen er større enn det brukt til å kjøre ut sylinderen, som sikrer en større (omtrent 25 %) opplåsningskraft enn låsekraften for å hindre konnektoren i å sette seg fast i låst stilling. Sylinderen kan bli brukt i sett for å tilveiebringe et sekundært (reserve) sett, uavhengig av det primære sett. The present cylinder device 115 is primarily designed to be able to lock and unlock an underwater connector, such as the aforementioned EDP connector, by activating a locking device; typically a locking sleeve attached to the piston rod. In its extended position, the position in which the connector will be locked, all sealing surfaces will be protected against seawater and thus from corrosion and marine growth or fouling. The pressurized area used to retract the cylinder is greater than that used to extend the cylinder, which ensures a greater (approximately 25%) unlocking force than the locking force to prevent the connector from becoming stuck in the locked position. The cylinder can be used in sets to provide a secondary (spare) set, independent of the primary set.

Claims

1. Underwater hydraulic cylinder assembly designed to cause two structural members to be able to move toward and away from each other, such as locking and unlocking an underwater connector, such as an EDP connector, by actuating a locking device, which hydraulic cylinder assembly includes a piston rod (6) designed to be attached to one of the structural parts, and a cylinder part (1) designed to be attached to the other structural part, where the activation takes place by supplying hydraulic fluid to alternating chambers via respective inlets and outlets, characterized whereby the piston rod (6) includes a plunger device (3) which partially circumscribes the piston rod forming an annular space between it and an annular piston (5) which externally circumscribes the plunger device, where the cylinder part (1) includes an upper piston rod packing box (2) which internally seals against the plunger device ( 3), a sleeve device (4) occupied in the annular space and which externally seals against the plunger device the ring (3) and the cylinder device (1) seal internally against the ring-shaped piston (5).

2. Underwater hydraulic cylinder device as stated in claim 1, characterized in that a spacer (8) is placed on top of the annular piston (5).

3. Underwater hydraulic cylinder device as stated in claim 1, characterized in that a hydraulic fluid inlet/outlet is located at the very bottom of the cylinder device (1).

4. Underwater hydraulic cylinder device as specified in claim 1, characterized in that a hydraulic fluid inlet/outlet is located at the top of the cylinder device (1) just below the piston rod packing box (2).

5. Underwater hydraulic cylinder device as stated in claim 1, characterized in that the piston rod (6) extends through a fastening nut (7).

6. Underwater hydraulic cylinder device as specified in claim 1, characterized in that the annulus between the plunger device (3) and the piston rod is designed to be flooded with seawater.

7. Underwater hydraulic cylinder device as stated in claim 1, characterized in that the pressure area on the underside of the annular piston (5) is substantially greater than the pressure area acting on the top of the annular piston (5).